帆板控制系统报告
帆板控制系统设计与性能分析
帆板控制系统设计与性能分析一、引言帆板控制系统是指用来控制帆板角度和方向的设备和软件，其目的是使帆板能够根据瞄准点的变化自动调整，以实现最佳太阳能利用效果。
本文将对帆板控制系统的设计与性能进行分析，并提出相应的改进方案。
二、帆板控制系统的设计1. 控制算法设计：帆板控制系统的核心是控制算法，其根据所测得的太阳方位角和俯仰角，计算出帆板应当调整的角度和方向。
常用的算法包括比例积分微分（PID）控制算法和模糊控制算法，根据实际需求选择合适的算法。
2. 传感器选择和布置：帆板控制系统需要使用太阳追踪传感器和姿态传感器来测量太阳的位置和帆板的角度。
太阳追踪传感器通常使用光敏电阻或光电二极管，姿态传感器可以使用加速度计和陀螺仪等。
传感器的布置需要考虑到遮挡问题，保证传感器能够正常工作。
3. 控制执行器选择和布置：根据帆板的类型和大小，选择合适的电机或伺服驱动器作为控制执行器。
控制执行器的布置应该使得帆板能够在自由度范围内调整角度和方向。
4. 控制系统硬件设计：根据实际需求选择合适的控制器和驱动器，并设计相应的电路板进行控制系统的硬件实现。
硬件设计需要考虑到电源供应、通信接口和传感器信号的处理等问题。
三、帆板控制系统性能分析1. 定位精度：帆板控制系统的性能关键之一是定位精度，即帆板能否准确追踪太阳位置。
定位精度受到传感器精度、机械传动误差和控制算法的影响。
通过实验和仿真分析，可以评估控制系统的定位精度。
2. 响应速度：帆板控制系统响应速度的快慢直接影响到帆板的效率。
响应速度受控制算法、控制器性能和执行器功率等因素的影响。
通过测量和模拟分析，可以评估控制系统的响应速度，并通过优化控制算法和硬件参数来改进。
3. 稳定性和抗干扰能力：帆板控制系统需要具备良好的稳定性和抗干扰能力，能够稳定地工作在各种环境条件下。
稳定性和抗干扰能力受到控制算法、传感器精度和抗干扰设计等因素的影响。
通过实际测试和模拟分析可以评估系统的稳定性和抗干扰能力。
基于帆板控制系统的性能分析与优化
基于帆板控制系统的性能分析与优化一、引言帆板控制系统是一种利用太阳能进行动力驱动的系统，由太阳能电池板、电池组、控制器和电动机组成。
这种系统具有环保、可再生的特点，在太阳能行业中具有广泛的应用前景。
然而，由于太阳能帆板控制系统的性能特点与工况有关，并且光照强度、风速等环境因素时刻在变化，因此对其性能进行分析与优化显得尤为重要。
本文针对基于帆板控制系统的性能进行分析与优化，以提高其工作稳定性与效率。
二、性能分析1. 太阳光数据采集通常，太阳能帆板控制系统需要准确地了解太阳光的强度和方向，以驱动电池进行充电。
因此，进行太阳光数据采集是非常关键的一步。
可以利用光敏电阻等传感器对光照强度进行实时监测，并通过数据采集模块将采集到的数据传输给控制器进行处理。
2. 功率输出特性分析帆板控制系统的性能主要表现为其功率输出，因此对其功率输出特性进行分析是十分重要的。
可以通过改变太阳帆板与太阳光之间的角度和距离，观察不同工况下的功率输出情况。
同时，还需对电池组的电压和电流等参数进行实时监测，并与功率输出进行对比分析，以确定系统的输出效率。
3. 帆板跟踪精度分析对于太阳能帆板控制系统来说，帆板的跟踪精度直接关系到系统的工作效率。
因此，在性能分析过程中，需要评估帆板在不同时间段内的跟踪精度。
可以通过摄像头和图像处理算法实时监测帆板的位置，并与理论的太阳位置进行对比，以确定系统的跟踪准确度，并进行相应的校准和调整。
三、性能优化1. 控制算法优化控制算法是帆板控制系统的关键，其准确度和响应速度直接影响系统的性能。
在优化控制算法时，可以考虑使用模糊控制、PID控制、神经网络等方法，以提高系统的控制精度和响应速度。
此外，还可以通过数据建模和仿真等手段，对不同算法进行比较和优化选择。
2. 运动部件优化帆板控制系统中的运动部件对系统性能也有一定的影响。
例如，帆板的转动机构和传动系统的设计和优化对于系统的稳定性和精确性至关重要。
在优化过程中，可以考虑采用轻量化、减摩等技术手段，减少运动部件的能耗和摩擦损失，提高系统的运动速度和跟踪精度。
帆板控制系统
帆板控制系统1. 简介帆板控制系统是一种以船帆为动力的船只导航系统，通过控制帆的角度和位置来控制船只的方向和速度。
本文档将介绍帆板控制系统的工作原理、系统组成和控制方法。
2. 工作原理帆板控制系统的工作原理基于侧推力的产生。
当帆被倾斜或转动时，风的作用力将使帆板受到侧向的推力，从而改变船只的运动方向和速度。
通过控制帆的倾斜角度和转动角度，可以实现对船只的精确控制。
3. 系统组成帆板控制系统主要由以下几个组成部分构成：3.1 帆板帆板是帆板控制系统的核心组件，可以通过调整角度和位置来调节船只的运动。
帆板一般由轻质、坚固的材料制成，以保证系统的稳定性和耐用性。
3.2 帆索帆板和船体之间由帆索连接，帆索起到支撑和传递力量的作用。
帆索通常采用强度高、耐久性好的材料制成，以确保帆板能够承受风的作用力并保持稳定。
3.3 控制杆控制杆用于控制帆板的倾斜角度和转动角度。
通过控制杆的操作，船员可以根据需要调整帆板的角度和位置，从而实现对船只运动的控制。
3.4 风向指示器风向指示器用于监测风的方向，以便船员及时调整帆板的位置。
风向指示器通常采用旋转式或电子式的设计，可以准确地指示风的方向和强度。
4. 控制方法帆板控制系统有多种控制方法，常用的控制方法包括：4.1 高度控制高度控制是指通过调整帆板的倾斜角度来控制船只的运动高度。
倾斜角度越大，船只的运动高度越高；倾斜角度越小，船只的运动高度越低。
船员可以根据需要调整倾斜角度，以实现对船只高度的精确控制。
4.2 转向控制转向控制是指通过调整帆板的转动角度来控制船只的运动方向。
当帆板与船体垂直时，船只将保持直线运动；当帆板转动一定角度后，船只将改变方向。
船员可以通过控制杆来调整转动角度，从而实现对船只转向的控制。
4.3 速度控制速度控制是指通过调整帆板的倾斜角度和转动角度来控制船只的运动速度。
当帆板倾斜角度较大时，船只的运动速度较快；倾斜角度较小时，船只的运动速度较慢。
通过综合调整倾斜角度和转动角度，船员可以精确控制船只的速度。
帆板控制系统电子设计大赛报告
帆板控制系统（F 题）摘要根据帆板控制系统设计并制作需要，本系统通过对风扇供电占空比的调控来实现对风扇转速的控制，进而来调节风力大小，最终达到改变、控制帆板旋转角θ的目的。
其中，风扇的实时偏转角度由“角度传感器”采集数据，并送给单片机进行处理、并由液晶显示器呈现。
当通过键盘设定帆板转角后，单片机可根据从角度传感器实时采集的当前角度的数据，调整风扇供电输出PWM波的占空比，调控帆板当前倾斜角度，使其稳定在预设置的角度上。
并能够根据参赛要求实现调控和实时显示的目的。
一、系统整体方案设计1．风扇转速控制部分方案一：用单片机控制专门的电机控制芯片来间接控制风扇的转速。
这样控制起来较方便并且减少了软件空间和CPU占用，但是这增加了硬件的成本。
方案二：用单片机直接控制风扇的转速。
这样减少了硬件成本，且软件控制不是很复杂，故本系统采用该方案。
2. 角度数据采集与调控方案一：将转轴与精密可调电位器柄处固定，然后在电位器固定电阻端接上5V电源，滑动端接 AD转换器。
这样每一个电压都对应一个角度值，通过测电压来获得角度值。
因为电压与角度值不是线性关系，我们又不知道电压与角度的关系。
这种关系需要测量大量的数据来分析查找出这种关系，这样就比较复杂，而且精确度不是很高。
故本系统不采用此种方案。
方案二：通过专门的角度测量芯片SCA60C来测量角度。
SCA60C实际上一个加速度计，内部由一个硅微传感器和信号处理芯片组成；SMD形式封装，通过测量地球引力在测量方向的分量，再将其转换为倾斜角度。
将SCA60C固定在帆板上，当帆板转过一个角度时，SCA60C输出一个电压值。
3. 显示部分方案一：数码管显示，数码管显示比较简单但是不能同时显示几个数据和字符。
方案二：LED点阵显示，LED点阵显示虽然能显示字符和数字，但显示效果不好，且不易编程。
方案三：LCD液晶显示，LCD液晶不但能显示字符和数字，而且显示效果较好，容易编程实现，故本系统采用该方案。
F题帆板系统设计报告
2011年全国大学生电子设计竞赛帆板控制系统（F题）【72组】2011年9月2日摘要随着计算机技术的发展以及现代控制理论的应用；用微型计算机取代传统的分立元件，通过软件编程来实现复杂的控制算法，对电动机的控制也产生了重大影响，传感器在现代信息技术中有着举足轻重的地位，传感器为系统提供进行处理和决策所必需的原始信息，很大地影响和决定着系统的性能，使得现代电机控制变得既简单又准确。
本设计采用MCS-51为控制单元单，用单轴倾角传感器检测帆板偏离竖直方向的角度，采用PWM调速方式控制风扇转速，调节帆板的角度，并通过LED实时显示角度。
本设计以AT89S52单片机为控制核心，用轴组倾角传感器N1000060检测帆板倾斜角度，通过对直流电机转速的控制来调节风力的大小，达到控制帆板的转角大小，并对转角进行实时显示。
AbstractWhith the delelopment of computer technology and the application of modern control theory;using a micro_computer to replace the traditional discrete computers,softwae Programming to implement complex control algorithms for motor control also had a Significant inpact,sensors in the modern information technology plays a vital position sensor system for processing and decision-m asking necessary for the original information,a great influence and determine the performance of the system,making the modern motor control becomes simple and accurate,The MCS-51 is designed whith a single control unit,with single-axis tilt sensor detects deviation form the vertical angle panels,a stepping motor cotrol panels adjust the angle of the fan speed,and through real-ime LED display angle.The design for the control of AT89C51 microcontroller core,whith the zxis inclination angle sensor N1000060 test panels,through the DC motor speed control to adjust the size of the wind,to controlthe size of the corner panels.and angle in real-time display.目录1系统方案 (1)1.1 控制模块的论证与选择 (1)1.2电动机驱动模块的论证与选择 (1)1.3 显示模块的论证与选择 (1)1.3 角度测量模块的论证与选择 (2)2系统理论分析与计算 (2)2.1 调速系统的分析 (2)3电路与程序设计 (4)3.1电路的设计 (4)3.1.1系统总体框图 (4)3.1.2 数据采集和处理电路 (5)3.1.3 显示电路原理图 (5)3.1.4电源 (5)3.2程序的设计 (6)3.2.1程序功能描述与设计思路 (6)3.2.2程序流程图 (6)4测试方案与测试结果 (7)4.1测试方案 (7)4.2 测试条件与仪器 (7)4.3 测试结果及分析 (7)4.3.1测试结果(数据) (7)4.3.2测试分析与结论 (7)4结论 (8)5 参考文献 (8)附录1：电路原理图 (9)附录2：源程序清单 (10)帆板控制系统（F题）【72组】1系统方案本系统主要由主控制模块、显示模块、信号采集处理模块，电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
帆板控制系统的设计与分析
帆板控制系统的设计与分析一、引言帆板控制系统是帆船的核心组成部分，它通过控制帆板的位置和角度，以实现帆船的航向控制。
本文将对帆板控制系统进行设计与分析，以实现帆船的最佳航行性能。
二、帆板控制系统的设计1. 帆板控制器的选择：帆板控制器是控制帆板位置与角度的关键设备。
在选择控制器时，需考虑其精度、可靠性、响应速度和通信接口等因素。
针对不同类型的帆船，可以选择适合的驱动方式，如电机驱动或液压驱动等。
2. 传感器的应用：为实现对帆板位置与角度的准确控制，需要搭配合适的传感器。
例如，倾斜传感器可用于测量帆板的倾斜角度，方向传感器可用于测量帆板的旋转方向。
传感器的选择要考虑其精度、稳定性和适应环境能力等因素。
3. 控制算法的设计：根据帆船的动力学特性和航行需求，设计合适的控制算法。
控制算法应考虑到风速、风向等外部环境因素，以实现帆板位置和角度的自适应调节。
常用的控制算法有PID控制、模糊控制和智能控制等，根据实际情况选择合适的算法。
三、帆板控制系统的分析1. 动力学模型分析：通过建立帆船的动力学模型，可以对帆板控制系统进行分析。
帆板控制系统的设计要充分考虑帆船的姿态稳定性、操纵性和对外部环境的适应性。
利用数学分析方法，可以优化系统设计，以达到预期的性能指标。
2. 性能评估与优化：通过对帆板控制系统的性能进行评估，可以确定系统的可行性和改进方向。
通过仿真软件或实验研究，可以评估系统的控制精度、响应速度、稳定性等指标。
在此基础上，进行系统参数的优化调整，提高帆船的航行性能。
3. 系统可靠性与安全性分析：帆船在复杂的海洋环境中航行，系统的可靠性和安全性至关重要。
需要对帆板控制系统进行故障诊断与容错设计，确保系统的可靠运行。
此外，还要进行系统的安全性评估，避免潜在的风险。
四、结论本文对帆板控制系统的设计与分析进行了详细阐述。
通过选择合适的帆板控制器和传感器，设计合理的控制算法，可以实现帆船的良好航行性能。
通过动力学模型分析和性能评估，可以优化系统设计，提高帆船的控制精度和可靠性。
控制设计报告
帆板控制系统（F题）摘要：本帆板控制系统由单片机ATMEGA48作为帆板转角的检测和控制核心，实现按键对风扇转速的控制、调节风力的大小、改变帆板转角θ、数字显示等功能。
引导方式采用角度传感器感知与帆板受风力大小的转角θ的导引线。
通过PWM波控制电机风扇风力的大小使其改变帆板摆动的角度θ。
风扇控制核心采用ATMEGA48单片机，控制帆板的偏转角度。
关键词：ATMEGA48，PWM波Abstract: the panels of microcomputer control system ATMEGA48 as the panels corner detection and control, and realize the core of fan speed control buttons, adjust the size of the wind, change the panels Angle theta, digital display etc. Function. Lead the way Angle sensor perception and the panels are the size of the wind Angle theta guide line. Through the PWM wave to control motor fan the size of the wind the swinging Angle theta change the panels. Fan control ATMEGA48 single-chip microcomputer control, the core of the deflection Angle panels.Key words: ATMEGA48, PWM waves目录1. 系统设计²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 1. 题目要求²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 1.1.1 基本要求²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 1.1.2 发挥部分²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 1.1.3 说明²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 1.2总体设计方案²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 1.2.1 设计思路²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 1.2.2 方案论证与比较²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²11.2.3 系统的组成²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²12. 单元电路设计²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 2.1 风扇控制电路²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 2.2角度测量原理²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²12.3控制算法²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²13. 软件设计²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 3.1风扇控制电路设计计算²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 3.2控制算法设计与实现²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²13.3总体电路图²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²14. 系统测试²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 4.1 调试使用的仪器与方法²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 4.2 测试数据完整性²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²14.3 测试结果分析²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²15. 结束语²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 参考文献²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 附录1 元器件明细表²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 附录2 程序清单²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 附录3 印制板图²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 附录4 系统使用说明书²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²11.系统设计1.1题目要求设计并制作一个帆板控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力大小，改变帆板转角θ，如图 1 所示。
帆板控制系统报告书
摘要系统主要由控制电路、风扇驱动电路、角度检测电路、显示电路等模块组成。
采用AT89S52单片机为核心，产生PWM波来控制场效应管的导通率，从而改变通过电机的电流，来调节风扇风力的大小，从而控制帆板转动的角度。
旋转编码器对帆板转动的角度进行测量后将数据送到单片机处理，最后通过LCD1602进行实时显示。
利用按键控制实现帆板转角θ能够在0~65°范围内变化，且误差值小于4度。
系统还具有无线遥控、温度测量和掉电保护功能。
一、系统方案论证与比较1．主控电路的选择方案一：由可编程门阵列FPGA构成主控电路，系统板体积小，功能强大，运算速度快，但功耗较大，且结构复杂，不利于小型电路的设计。
方案二：采用AT89S52单片机构成的控制电路。
AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，支持ISP下载技术，结构简单，方便操作控制，通用性强，其最小系统即可满足题目的需要，性价比高。
综合上述比较分析，故选取方案二作为主控电路。
2．风扇驱动电路的选择方案一：采用NEC电机控制ASSP芯片MMC-1，配合LB1386来驱动直流风扇。
MMC-1与单片机之间采用SPI通信，只需要3个口与单片机相连，节约了单片机的引脚资源。
MMC-1芯片输出PWM驱动风扇，但驱动风扇的转速不够快，不足以使帆板在0～60°范围内变化。
方案二：采用恒流源来控制风扇的转速，电路以MAX6225芯片输出2.5V 的基准电压送到串行数模转换器芯片MAX539，通过单片机控制MAX539输出电压来控制风扇的风力。
但是MAX6225芯片的基准电压不太稳定，容易受外界的干扰，导致MAX539的电压难以控制，风扇的转速难以调节。
方案三：采用单片机输出PWM波控制场效应管的导通截止来控制风扇，PWM是一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现晶闸管导通时间的改变，通过电压反馈调整其占空比，从而实现对风扇的风力大小进行控制。
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帆板控制系统题目：帆板与控制系统组员：指导老师：时间：2014. 8. 11摘要随着社会的发展，智能化已经成为现代化产品发展的新趋势，帆板角度控制系统成为测量风力大小的产品，即可以节约电能，又可以把测量风力大小的设备向智能化产品方向过渡。
本系统采用SCT89C51单片机作为控制核心，利用角度传感器ADXL335、电机驱动L298N、液晶显示、键盘控制、声光报警等多个模块实现帆板控制系统。
安置在帆板上的角度传感器将检测信号通过AD转换后传送给单片机控制系统，计算出帆板旋转角度，并由单片机控制液晶进行信息显示。
帆板旋转角度可通过键盘设置风力等级，由单片机通过PWM方式驱动直流电机运转进行调速。
配合角度传感器可以实时调节电机转速，进而带动风扇调整帆板转角。
测试结果证明，帆板控制系统运行稳定可靠，可以准确快速地调整帆板角度，液晶显示内容直观。
目录第一章前言 (1)第二章系统整体分析 (2)方案的论证 (2)输入模块的选择 (2)系统的整体 (4)第三章硬件电路 (6)按键电路 (6)主控电路 (6)振荡电路 (6)复位电路 (7)风扇控制电路 (7)显示电路 (8)硬件系统 (9)第四章软件系统 (10)控制算法 (10)角度测量原理 (10)KEIL简介 (10)Proteus简介 (10)软件设计 (11)第五章仿真与调试 (12)仿真 (12)测量 (13)第六章总结 (18)附录 (19)第一章前言随着科学技术的飞速发展，人们生活水平的不断提高，单片机控制成为了人们追求的目标之一，它所给人类带来的方便是不可否定的，但人们对它的要求越来越高，一切向着数字化控制，智能化控制，人性化的方向发展。
现代社会对各种信息的准确性也有了更高的要求，自动检测、自动控制技术显露出非凡的能力。
对于像帆板这样的自动平衡调节系统在机械、机器人平衡运动以及生活、军事、工业生产的控制和研究中都有着不可磨灭的作用和地位。
在本设计中，首先选择了合适的方案并进行仿真，在实现仿真后进行了电路的得连接及调试。
本系统设计了基于51系列的SCT89S51处理器的帆板控制系统。
该系统是通过PWM波控制永磁式直流电机的转速来改变风扇的风力，使得帆板的受力发生变化控制其竖直方向的夹角。
使用角度传感器ADXL335采集帆板的角度模拟量，数据通过ADC0809模数转换，将转换后的数据送给处理器，通过一系列的数据处理将其角度用LCD1602显示输出；该帆板控制系统组成虽然简单，但是在设计方面应用了好多领域的知识，如A/D数模转换技术，单片机C编程，直流电机驱动模块，直流稳压电源，角度传感器数据采集等。
、第二章系统整体分析本课题要求设计并制作一个帆板控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力大小，改变帆板转角θ。
根据对题目的分析，得到初步的方案，系统总体框图如下所示：图1 总框图总体方案的描述：本系统设计由输入、控制器、输出三部分组成。
输入由按键部分组成，通过按键产生信号，并将得到的信号以数字信号送给控制器处理；控制器的功能是处理输入部分传来的数字信号并控制输出部分；输出部分显示帆板角度。
方案的论证本系统要求帆板角度能够在0—60转动，在45实现报警并且误差不超过5，因此需要选择稳定的器件组合。
输入模块的选择方案一采用独立键盘。
多个使用时，线路连接不便，操作繁琐。
方案二采用距阵式键盘，可输入的值比较多，可设定的功能也多。
在本系统中需要四个按键，系统选择了第一种方案。
主控模块方案一采用可编程的门阵列FPGA作为控制器，它不受接触器和I/O端口的限制，适合构成复杂的逻辑电路，但其信号延迟时间不确定，编程数据存储器为SRAM，断电后数据立即丢失。
方案二采用SCT89C51作为控制器，51单片机使用简单，编程灵活，且比较熟悉。
综上选用方案二显示模块方案一采用LED数码管显示。
数码管显示控制简单调试也方便，但是显示方式单一，只能显示单一齐段数值，有些字符信息难以显示。
方案二采用液晶模块LCD1602显示。
可以显示数字，字符等，显示内容丰富。
并且系统体积紧凑、显示界面友好等特点。
综上，选用LCD1602显示系统。
角度测量模块方案一采用KM 741磁阻式角度传感器测量帆板的角度，然后通过无线发射系统把测量的角度发送给控制系统，但需外加侧场合信号调理芯片构成的电压输出式角度传感器UZ9000/UZ9001才能输出数字信号。
方案二采用ADXL335 ，它可以测量倾斜检测应用中的静态动力加速度，以及运动、冲击或振动导致的动态加速度，且低功耗。
综上所述选择方案二风扇驱动模块方案一采用继电器与半导体功率管器件组合的驱动电路方案二采用L298N集成H桥芯片。
在L298N集成芯片处中集成了两套H桥电路，可直接驱动两路直流电机，利用单片机产生的PWM信号，可方便地进行电机调速。
方案三用ULN2003功率放大器件。
ULN2003 是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN 达林顿数码管组成。
通过使用不同的放大电路和不同参数的器件，可达到不同的放大的要求，放大后能得到较大的功率。
本系统设计采用方案二。
帆板的设计方案与选择方案一采用电路版作为帆板。
电路版在帆板的体积稍大一点时，考虑到风力的大小和自身重力，不宜采用。
方案二采用泡沫重量小，很容易让使帆板转动从而满足设计所需要的角度，但他的稳定性不高，干扰成分太多。
方案三采用硬纸板作为帆板。
硬纸板的稳定性好，抗干扰能力强，受干扰的成分叫小且经济。
综上所述选用方案三。
系统的整体经过方案的对比分析最终确定的系统框图如图1所示，通过滑动变阻器给定一个预设角度，ADC与单片机相连，单片机驱动液晶显示、控制电器驱动来改变风速，从而改变帆板的角度，角度传感器把此时的角度通过ADC反馈给单片机。
图2 系统框图第三章硬件电路本系统采用SCT89C52单片机作为控制核心，利用角度传感器ADXL335、电机驱动L298、液晶显示、键盘控制、声光报警等多个模块实现帆板控制系统。
按键电路通过按S3键让风扇启动，S2键加速，S1键减速。
改变风扇风力的大小改变帆板的角度。
P3.0P3.1s1s2A0s3图3 按键电路主控电路单片机子系统由单片机AT89C52、复位电路、时钟电路组成。
振荡电路振荡电路的输入端为引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。
通过这两个引脚在芯片外连接石英晶体振荡器和两只电容器构成振荡电路，图3 振荡电路复位电路80C51共有上电复位、按键复位电路和按键脉冲复位3种基本复位电路。
上电复位是通过电容充电来实现的，本设计采用比较简单的上电复位方式图4 复位电路风扇控制电路风扇控制电路主要采用L298N，通过单片机I/O输出PWM波，通过改变PWM 波的占空比改变风扇的转速，还可以实现对电机进行正反转，停止的操作，输入引脚与输出引脚的逻辑关系见表1。
EA IN1IN2运转状态0××停止110正转101反转111立停100停止表1在试验中采用了pwm波接EA端控制驱动电路的运转，IN1接高电平，IN2接地，实现正转。
图5 风扇转动电路图5是L298模块驱动电路图，在这个系统只涉及一个电机，所以图3中的EN B、IN3、IN4、OUT3、OUT4、SENB不需要接入电路中。
其原理就是开关管在一个周期内的导通时间为t，周期为T，则电机两端的平均电压为U=Vcc*（t/T）=a Vcc。
其中a=t/T（占空比），Vcc是电源电压。
电机的转速与电机两端的电压成比例，而电机两端的电压与占空比成正比，因此电机转速与占空比成正比例，占空比比例越大，电机转的越快。
这就是我们常说的PWM调速。
显示电路显示电路八位数据双向线D0—D7接单片机的P0口，RS为寄存器选择，高电平择数据寄存器，低电平选择指令寄存器接；R/W为读写选择，高电平进行读操作，低电平进行写操作；E为使能端。
图6 显示电路硬件系统帆板控制系统是由角度传感器ADXL335，L298驱动模块，STC89C52，LCD显示以及键盘等硬件系统组成。
角度传感器可以实现角度的采集，这样就能通过ADC0809来实现AD转换，通过单片机的控制使得LCD能够显示当前的角度。
L298驱动模块是通过PWM波实现占空比的转换，以便控制风扇的风速控制，风扇吹动帆板转动，建立了角度与占空比的关系。
图7 系统原理图第四章软件系统控制算法本设计通过单片机输出占空比可调的PWM波完成对风扇转速的控制，假设风帆设定转角A，当前转角大于A时，控制调制脉冲低电平延时变长，高电平变短，使PWM波的占空比减小，从而减缓风速。
反之，当转角小于A度时,则高电平时延变长。
直到设定转角等于当前转角。
从而实现了脉宽调制，完成风速控制。
角度测量原理风扇吹动帆板转动，产生帆板角度变化，利用ADXL335数字加速度传感器测出三维坐标x 、y 、z的变化，将加速度传感器固定在帆板上，从而通过固定X，利用Y 、Z的关系求出角度。
角度θ=[*（y-z）]/。
角度的测量范围是0—90°，可以满足系统要求。
软件简介KEIL简介KEIL C51是51系列单片机的软件开发系统，与汇编语言相比，C语言在不仅语句简单灵活，而且编写的函数模块可移植性强[8]，使用方便。
在使用时先创建一个工程，然后添加文件并编写程序，编好后再编译调试产生二进制文件(.HEX)。
Proteus简介Proteus软件不但有原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能，而且它的电路仿真是互动的，可以根据仿真实时观察到得现象验证设计的正确性及准确性并及时改变程序代码、原理图连接以及元件属性等。
它还能配合系统配置的虚拟仪器来显示和输出[9]，效果很好。
适合本设计所用的51系列CPU的实时仿真及开发应用，使用时先画好电路原理图，再将二进制文件(.HEX)导入单片机中进行仿真，可以实时的修改程序和电路图。
软件设计本系统所用软件程序所采用的语言是C语言。
首先使系统的每一部分初始化，风扇转速的初始化通过数模转化后传递给单片机单片机输出pwm波形来控制风扇的转速，风扇不同的转速对应帆板不同的角度值，站在帆板上的角度传感器通过算法计算出帆板角度，同时，反馈给单片机在显示屏上显示角度大小。
通过按键调节风力的大小来控制帆板的角度从而达到实验的目的。
图8 主程序流程图第五章仿真与调试在Proteus环境下仿真了整体电路，但由于不能在此情况下不能仿真角度传感器，智能通过风扇的转速来对应角度，为了使实验达到预期目的我们也做了大量的测量来调试电路仿真本系统使用Proteus 和KEIL软件进行仿真。
其中软件的编写采用C语言，并用KEIL 软件来调试程序，当编译正确后可产生.hex 可执行文件；最后将.hex导入用Proteus 软件已画好的原理图中来仿真结果。